DOC《从废旧锂离子电池中回收有价值金属的研究》

从废旧锂离子电池中回收有价值金属的研究 孙明藏,叶华,陈武杰,李昊昱,肖骏 (中南大学 化学化工学院,长沙 410083) 摘要:以废旧的镍钴锰酸锂电池为原料,经过活性物质的分离、浸出、逐步化学沉淀等工序,有效回收了废旧锂离子电池中的有价值金属.

采用H2SO4和还原剂(NH4)2SO3作为浸出剂对镍钴锰酸锂进行浸出试验,在最佳浸出条件下:H2SO4 1.0 mol/L、(NH4)2SO3 0.34 mol/L、固液比25 g/L、反应温度60 ℃、反应时间40 min,Co、Ni、Mn、Li的浸出效率分别为97.61%、98.40%、97.91%和98.43%.然后采用共沉淀法回收浸出液中的镍、钴、锰,最后,通过添加饱和的Na2CO3回收母液中的Li+. 关键词:锂离子电池;

浸出;

回收;

碳酸锂 中图分类号:TF81 文献标志码:A 文章编号:1007-7545(2019)03-0000-00 Study on Recovering Valuable Metals from Spent Lithium-ion Batteries SUN Ming-cang, YE Hua, CHEN Wu-jie, LI Hao-yu, XIAO Jun (College of Chemistry and Chemical Engineering, Central South University, Changsha 410083, China) Abstact:Applying spent lithium nickel cobalt manganese oxide battery as raw material, valuable metals in waste lithium ion battery were effectively recovered through separation of active material, leaching, and stepwise chemical precipitation. Leaching experiments were conducted applying H2SO4 as leaching agent and (NH4)2SO3 as reductant. Leaching efficiency of Co, Ni, Mn and Li is 97.61%, 98.40%, 97.91% and 98.43% respectively under the optimum leaching conditions including H2SO4 concentration of 1.0 mol/L, (NH4)2SO3 concentration of 0.34 mol/L, ratio of solid to liquid of

25 g/L, reaction temperature of

60 ℃ and reaction time of

40 min. Ni, Co and Mn in leachate are recovered by coprecipitation. Li+ in mother liquor is recovered by adding saturated Na2CO3. Key words:lithium ion battery;

leaching;

recovery;

lithium carbonate 据统计,早在2000年,全球锂离子电池产量已经超过5.8亿只,2010年已达到30亿只.2016年,仅我国生产的锂离子电池数量就已经高达78.42亿只,预计到2020年,全世界范围内报废的锂离子电池总量将超过250亿只,重量将高达50万t[1].而这些废旧的锂离子电池中含有大量宝贵的有价金属,其中包括了5%~7%的锂、5%~10%的镍以及5%~20%的钴[2-3],因此废旧锂离子电池的回收显得尤为重要.对废旧的锂离子电池进行回收利用不仅可以回收大量金属,降低生产成本,更可以降低其对环境的污染,同时,电池材料的高效回收对电池行业可持续发展也起到至关重要. 工业上高温冶金工艺回收废旧电池中的有价值金属,具有高效率和高生产率[4-5].然而,该过程涉及材料的损失、灰尘及有害气体的排放,并且能耗高.此外,残余合金需要湿法冶金工艺将其精炼成纯净形式(盐、氢氧化物、金属).通常,湿法冶金工艺使用强酸来浸出,如硫酸[6-9]、盐酸[10]或硝酸[11].酸浓度(2~9 mol/L)和温度(40~100 ℃)等因素对浸出的影响研究较多.胡传跃等[12]直接将废旧的正极材料溶解在10%氢氧化钠水溶液中使铝箔集流体变成NaAlO2,而正极材料上附着的导电剂、粘结剂等则变成碱浸渣.随后用硫酸水溶液中和滤液,以Al(OH)3的形式回收铝碱浸渣,回收率达到93.5%.再用硫酸和双氧水溶液对碱浸渣进行溶解,用氢氧化钠溶液调节pH至5将滤渣净化.最后用饱和(NH4)2C2O4沉淀钴,钴的回收率达到96.3%.同时,KIM等[13]采用硫酸和双氧水使活性物质溶解浸出的工艺,考察了金属碎片的大小以及前处理的焚烧过程对溶出速率的影响.郭丽萍等[14]还采用Na2S2O3代替H2O2对电极材料进行浸出,降低了成本并且提高了金属的溶解效率.浸出之后的物质溶解到酸溶液中,可以通过选择性回收镍和钴,例如溶剂萃取[15-16]、树脂离子交换[17]、电化学技术[18]、选择性沉淀[19]等.其中,选择沉淀技术是最容易在工业规模上应用的.本文采用硫酸-亚硫酸铵组合的方式对废旧镍钴锰酸锂材料进行浸出,通过化学沉淀的方法对浸出液中的有价值金属进行逐步分类回收.